Вплив змінності фізичних властивостей на температурне поле всередині теплозахисного покриття

Найпростіше рівняння теплопровідності з урахуванням граничної умови на разрушающейся поверхні дозволяє одержати уявлення про багатьох якісних сторонах процесу переносу тіла всередині покриття (наприклад, про квазістаціонарному режимі прогріву) і навіть провести деякі кількісні оцінки. Зауважимо, проте, що в основі будь-яких оцінок нестаціонарного прогріву закладені ті чи інші припущення про залежність теплофізичних властивостей від температури. Для разрушающихся теплозахисних матеріалів характерні високий рівень робочих температур і суттєва зміна структури матеріалу. Обидва ці фактори сильно відбиваються на теплофізичних властивостях речовини. Однак якщо врахувати ступінь впливу змін різних властивостей на температурне поле в матеріалі, то перш за все слід виділити коефіцієнт теплопровідності. Змінами інших теплофізичних параметрів в інженерній практиці часто нехтують. Так, хоча щільність може зменшитися майже вдвічі у міру зростання температури і розкладання частини компонент композиційного матеріалу, на температурне поле впливає не вона сама, а добуток щільності на теплоємність. У більшості ж реальних теплозахисних матеріалів теплоємність із збільшенням температури зростає (див. додаток), і зміна твору рс, що входить в рівняння теплопровідності, виявляється в результаті обмеженим. Як правило, воно відхиляється від початкового значення менш ніж у 2 рази.

Набагато ширше можливий діапазон зміни коефіцієнта теплопровідності. Це пов'язано як зі зміною фазового стану окремих компонент і сильним впливом температури на теплопровідність кожної фази, так і з появою при великих температурах додаткової, радіаційної складової теплопровідності усередині пір. Окремі складові твердої фази теплозахисного матеріалу можуть знаходитися в кристалічному або в аморфному стані. Механізм переносу тепла в цих станах різко різниться. У свою чергу кристали підрозділяються на провідники та діелектрики в залежності від того, що є основним носієм теплової енергії: електрони або коливання кристалічної решітки – фонони. В останньому випадку провідність визначається довжиною вільного пробігу, тобто відстанню, на якому зберігається правильна структура кристалічної решітки або так званий дальній порядок. Аморфні діелектрики, у яких зерна кристалів розташовані хаотично, мають менший коефіцієнт теплопровідності порівняно з кристалічними діелектриками, у яких структура більш впорядкована. При 50 К коефіцієнт теплопровідності кристалічного кварцу в 150 разів вище, ніж у аморфного кварцового скла.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru